JP2002367644A - 燃料改質システムおよびそれを用いた燃料電池システム - Google Patents
燃料改質システムおよびそれを用いた燃料電池システムInfo
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- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】燃料改質反応自身により生じる熱の有効利用が
可能であり、構成が簡単で小型・高効率な燃料改質シス
テムおよびそれを用いた燃料電池システムを提供するこ
と。 【解決手段】炭化水素系燃料の部分酸化反応に活性な改
質触媒３を充填した燃料改質器１と、前記炭化水素系燃
料の電気化学的な部分酸化により発電を行う固体酸化物
形燃料電池２とを構成要素とする燃料改質システムであ
って、燃料改質器１と固体酸化物形燃料電池２とは近接
して設置され、燃料改質器１で発生した熱は効率よく固
体酸化物形燃料電池２に伝わり、固体酸化物形燃料電池
２の温度維持に役立つ構成を有することを特徴とする燃
料改質システム、および、その燃料改質システムと、そ
の燃料改質システムが発生する反応生成ガスを燃料とし
て発電する燃料電池とを構成要素とする燃料電池システ
ムを構成する。
可能であり、構成が簡単で小型・高効率な燃料改質シス
テムおよびそれを用いた燃料電池システムを提供するこ
と。 【解決手段】炭化水素系燃料の部分酸化反応に活性な改
質触媒３を充填した燃料改質器１と、前記炭化水素系燃
料の電気化学的な部分酸化により発電を行う固体酸化物
形燃料電池２とを構成要素とする燃料改質システムであ
って、燃料改質器１と固体酸化物形燃料電池２とは近接
して設置され、燃料改質器１で発生した熱は効率よく固
体酸化物形燃料電池２に伝わり、固体酸化物形燃料電池
２の温度維持に役立つ構成を有することを特徴とする燃
料改質システム、および、その燃料改質システムと、そ
の燃料改質システムが発生する反応生成ガスを燃料とし
て発電する燃料電池とを構成要素とする燃料電池システ
ムを構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料改質システムお
よびそれを用いた燃料電池システムに関し、特に、炭化
水素系燃料を用いる燃料改質システムおよび前記燃料改
質システムを用いた燃料電池システムに関する。
よびそれを用いた燃料電池システムに関し、特に、炭化
水素系燃料を用いる燃料改質システムおよび前記燃料改
質システムを用いた燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、実用化されている燃料電池の多く
は、酸素と水素とから水を生成する反応によって電気を
取り出すものであり、現実的には酸素は空気より、水素
は炭化水素を主成分とする天然ガス等の燃料より供給さ
れる。このように、実際の燃料電池による発電では、燃
料はそのままの形では使用できないため、電池反応に至
る前の段階で何らかの手段により改質される必要があ
る。
は、酸素と水素とから水を生成する反応によって電気を
取り出すものであり、現実的には酸素は空気より、水素
は炭化水素を主成分とする天然ガス等の燃料より供給さ
れる。このように、実際の燃料電池による発電では、燃
料はそのままの形では使用できないため、電池反応に至
る前の段階で何らかの手段により改質される必要があ
る。
【０００３】固体酸化物形燃料電池は、作動温度が高い
ため、炭化水素系燃料をセルに直接導入し、燃料極にお
いて改質、発電する内部改質が可能である。しかし、内
部改質では、炭化水素の分解により燃料極への炭素析出
が起こり、電極性能を低下させる問題がある。一般に、
燃料極への炭素析出の抑制のために、燃料ガスに適宜水
蒸気を混合して電池に供給するが、固体酸化物形燃料電
池の作動温度である８００〜１０００℃では、炭素析出
の抑制のためにはかなりの水蒸気を加える必要があるた
め、電池の起電力が低下し、電池出力が低下する問題が
ある。そのため従来は、外部にプレリフォーマを設置
し、あらかじめ水蒸気改質した燃料を電池に供給する方
法をとっている。この場合、プレリフォーマでの水蒸気
改質反応は吸熱反応であるため、改質反応を連続的に進
行させるためには外部からの熱供給が必要となる。熱効
率向上のために燃料電池の排熱や排ガス中の燃料を燃焼
して生じた熱をプレリフォーマに供給するシステムも考
えられるが、利用価値の高い高温の排熱が発電システム
内のプレリフォーマで消費されることになり、システム
の外部に対する熱効率は低くなる。
ため、炭化水素系燃料をセルに直接導入し、燃料極にお
いて改質、発電する内部改質が可能である。しかし、内
部改質では、炭化水素の分解により燃料極への炭素析出
が起こり、電極性能を低下させる問題がある。一般に、
燃料極への炭素析出の抑制のために、燃料ガスに適宜水
蒸気を混合して電池に供給するが、固体酸化物形燃料電
池の作動温度である８００〜１０００℃では、炭素析出
の抑制のためにはかなりの水蒸気を加える必要があるた
め、電池の起電力が低下し、電池出力が低下する問題が
ある。そのため従来は、外部にプレリフォーマを設置
し、あらかじめ水蒸気改質した燃料を電池に供給する方
法をとっている。この場合、プレリフォーマでの水蒸気
改質反応は吸熱反応であるため、改質反応を連続的に進
行させるためには外部からの熱供給が必要となる。熱効
率向上のために燃料電池の排熱や排ガス中の燃料を燃焼
して生じた熱をプレリフォーマに供給するシステムも考
えられるが、利用価値の高い高温の排熱が発電システム
内のプレリフォーマで消費されることになり、システム
の外部に対する熱効率は低くなる。
【０００４】一方、炭化水素系燃料の電気化学的な部分
酸化反応では、燃料の改質と同時に電気を取り出すこと
ができるため、従来の改質反応を用いた場合と比べて高
効率なシステムの構築が可能となる。
酸化反応では、燃料の改質と同時に電気を取り出すこと
ができるため、従来の改質反応を用いた場合と比べて高
効率なシステムの構築が可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】炭化水素の電気化学的
な部分酸化反応は次式で示される。
な部分酸化反応は次式で示される。
【０００６】ＣｎＨ２ｎ＋２ ＋ ｎＯ２− → ｎＣＯ
＋ (ｎ＋１)Ｈ２ ＋ ２ｎｅ− この反応は吸熱反応であるため反応を進行させるには熱
の供給が必要である。そのため、低温作動の固体酸化物
形燃料電池と高温作動の固体酸化物形燃料電池とを連結
することにより、高温の発電部で生じた熱を低温の発電
部における部分酸化反応に利用する方法が提案されてい
る（特開２０００−２６８８３２号公報）。しかし、こ
のような異なる反応を用いるセルを連結した構造におい
て両反応を高効率で継続するには、運転方法ならびに温
度管理が煩雑となるという問題がある。
＋ (ｎ＋１)Ｈ２ ＋ ２ｎｅ− この反応は吸熱反応であるため反応を進行させるには熱
の供給が必要である。そのため、低温作動の固体酸化物
形燃料電池と高温作動の固体酸化物形燃料電池とを連結
することにより、高温の発電部で生じた熱を低温の発電
部における部分酸化反応に利用する方法が提案されてい
る（特開２０００−２６８８３２号公報）。しかし、こ
のような異なる反応を用いるセルを連結した構造におい
て両反応を高効率で継続するには、運転方法ならびに温
度管理が煩雑となるという問題がある。
【０００７】本発明の目的は従来技術における上記間題
点を解決し、燃料改質反応自身により生じる熱の有効利
用が可能であり、構成が簡単で小型・高効率な燃料改質
システムおよびそれを用いた燃料電池システムを提供す
ることである。
点を解決し、燃料改質反応自身により生じる熱の有効利
用が可能であり、構成が簡単で小型・高効率な燃料改質
システムおよびそれを用いた燃料電池システムを提供す
ることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明においては、請求項１に記載したように、炭
化水素系燃料の部分酸化反応に活性な触媒を充填した燃
料改質器と、前記燃料の部分酸化反応により発電を行う
固体酸化物形燃料電池とを構成要素とする燃料改質シス
テムであって、前記燃料改質器から前記固体酸化物形燃
料電池に到る伝熱路を有することを特徴とする燃料改質
システムを構成する。
め、本発明においては、請求項１に記載したように、炭
化水素系燃料の部分酸化反応に活性な触媒を充填した燃
料改質器と、前記燃料の部分酸化反応により発電を行う
固体酸化物形燃料電池とを構成要素とする燃料改質シス
テムであって、前記燃料改質器から前記固体酸化物形燃
料電池に到る伝熱路を有することを特徴とする燃料改質
システムを構成する。
【０００９】また、本発明においては、請求項２に記載
したように、請求項１に記載の燃料改質システムと、前
記燃料改質システムが発生する反応生成ガスを燃料とし
て発電する燃料電池とを構成要素とする燃料電池システ
ムを構成する。
したように、請求項１に記載の燃料改質システムと、前
記燃料改質システムが発生する反応生成ガスを燃料とし
て発電する燃料電池とを構成要素とする燃料電池システ
ムを構成する。
【００１０】
【発明の実施の形態】炭化水素の部分酸化反応では上記
のような電気化学的な反応と次式のような化学的な改質
反応とがある。
のような電気化学的な反応と次式のような化学的な改質
反応とがある。
【００１１】ＣｎＨ２ｎ＋２ ＋ ｎ/２Ｏ２ → ｎＣＯ
＋ (ｎ＋１)Ｈ２ この反応は、外部に対して仕事をしないため、反応のエ
ンタルピー変化により発熱反応となる。そこで、この化
学的な部分酸化反応により生じる熱を電気化学的な部分
酸化反応に利用することで、熱の有効利用により、高効
率な燃料改質システムが可能となる。
＋ (ｎ＋１)Ｈ２ この反応は、外部に対して仕事をしないため、反応のエ
ンタルピー変化により発熱反応となる。そこで、この化
学的な部分酸化反応により生じる熱を電気化学的な部分
酸化反応に利用することで、熱の有効利用により、高効
率な燃料改質システムが可能となる。
【００１２】すなわち、本発明の実施の形態において
は、炭化水素系燃料の部分酸化反応に活性な触媒を充填
した燃料改質器と、前記燃料の部分酸化反応により発電
を行う固体酸化物形燃料電池とを、両者間の伝熱が高効
率で行われるように、近接して設置し、前記燃料改質器
で発生した熱が前記燃料電池に伝わり、前記燃料電池の
温度維持に役立つようにする。すなわち、上記の部分酸
化反応に活性な触媒を充填した燃料改質器における炭化
水素系燃料の化学的な部分酸化改質反応で発生した熱を
上記の固体酸化物形燃料電池における燃料の電気化学的
な部分酸化改質反応に利用し、前記燃料電池の温度を維
持するとともに、一酸化炭素および水素を主成分とする
反応生成ガスを前記燃料改質器と前記燃料電池とから取
り出し、電力を前記燃料電池から取り出す。
は、炭化水素系燃料の部分酸化反応に活性な触媒を充填
した燃料改質器と、前記燃料の部分酸化反応により発電
を行う固体酸化物形燃料電池とを、両者間の伝熱が高効
率で行われるように、近接して設置し、前記燃料改質器
で発生した熱が前記燃料電池に伝わり、前記燃料電池の
温度維持に役立つようにする。すなわち、上記の部分酸
化反応に活性な触媒を充填した燃料改質器における炭化
水素系燃料の化学的な部分酸化改質反応で発生した熱を
上記の固体酸化物形燃料電池における燃料の電気化学的
な部分酸化改質反応に利用し、前記燃料電池の温度を維
持するとともに、一酸化炭素および水素を主成分とする
反応生成ガスを前記燃料改質器と前記燃料電池とから取
り出し、電力を前記燃料電池から取り出す。
【００１３】また本発明の実施の形態においては、上記
燃料改質器と上記燃料電池とからなる燃料改質システム
と溶融炭酸塩型燃料電池とを接続し、前記燃料改質シス
テムで発生する反応生成ガスを前記溶融炭酸塩型燃料電
池の発電に使用する。
燃料改質器と上記燃料電池とからなる燃料改質システム
と溶融炭酸塩型燃料電池とを接続し、前記燃料改質シス
テムで発生する反応生成ガスを前記溶融炭酸塩型燃料電
池の発電に使用する。
【００１４】また本発明の実施の形態においては、上記
燃料改質システムと固体酸化物形燃料電池とを接続し、
前記燃料改質システムで発生する反応生成ガスを前記固
体酸化物形燃料電池の発電に使用する。
燃料改質システムと固体酸化物形燃料電池とを接続し、
前記燃料改質システムで発生する反応生成ガスを前記固
体酸化物形燃料電池の発電に使用する。
【００１５】次に、本発明を、実施の形態例によって、
詳細に説明する。
詳細に説明する。
【００１６】（実施の形態例１）図１に本発明に係る燃
料改質システムの構成例を示し、図２に前記燃料改質シ
ステムを構成する燃料改質器と固体酸化物形燃料電池の
配置例を示す。
料改質システムの構成例を示し、図２に前記燃料改質シ
ステムを構成する燃料改質器と固体酸化物形燃料電池の
配置例を示す。
【００１７】図１において、１は炭化水素系燃料の部分
酸化反応に活性な改質触媒３を充填した燃料改質器であ
り、２は炭化水素系燃料の電気化学的な部分酸化により
発電を行う固体酸化物形燃料電池である。本燃料改質シ
ステムにおいて、燃料改質器１と固体酸化物形燃料電池
２とは、図２に示したように、固体酸化物形燃料電池２
が中心部に、燃料改質器１がその周囲にあるように設置
される。このような構成によって、燃料改質器１で発生
した熱は効率よく固体酸化物形燃料電池２に伝わり、固
体酸化物形燃料電池２の温度維持に役立つ。ここでは、
固体酸化物形燃料電池２の周囲に燃料改質器１を配置す
る構造となっているが、同様に燃料改質器１の周囲に固
体酸化物形燃料電池２を配置する構成も可能である。な
お、燃料改質器１と固体酸化物形燃料電池２との間の空
間が請求項１に記載の伝熱路に該当する。
酸化反応に活性な改質触媒３を充填した燃料改質器であ
り、２は炭化水素系燃料の電気化学的な部分酸化により
発電を行う固体酸化物形燃料電池である。本燃料改質シ
ステムにおいて、燃料改質器１と固体酸化物形燃料電池
２とは、図２に示したように、固体酸化物形燃料電池２
が中心部に、燃料改質器１がその周囲にあるように設置
される。このような構成によって、燃料改質器１で発生
した熱は効率よく固体酸化物形燃料電池２に伝わり、固
体酸化物形燃料電池２の温度維持に役立つ。ここでは、
固体酸化物形燃料電池２の周囲に燃料改質器１を配置す
る構造となっているが、同様に燃料改質器１の周囲に固
体酸化物形燃料電池２を配置する構成も可能である。な
お、燃料改質器１と固体酸化物形燃料電池２との間の空
間が請求項１に記載の伝熱路に該当する。
【００１８】燃料改質器１に充填される改質触媒３とし
ては、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｐｔなどが用いられる。
ては、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｐｔなどが用いられる。
【００１９】燃料改質器１では、化学的な部分酸化反応
によりＨ２、ＣＯリッチなガスを生じ、固体酸化物形燃
料電池２では、電気化学的な部分酸化反応により発電を
行うとともに、燃料としてＨ２、ＣＯリッチなガスを生
じる。
によりＨ２、ＣＯリッチなガスを生じ、固体酸化物形燃
料電池２では、電気化学的な部分酸化反応により発電を
行うとともに、燃料としてＨ２、ＣＯリッチなガスを生
じる。
【００２０】本燃料改質システムの燃料である炭化水素
としては、メタン（図１に示す）、エタン、プロパン、
ブタン、エチレン、プロピレン等のガスまたはこれらの
混合ガスが用いられるが、メタンを主成分とする天然ガ
ス等が望ましい。
としては、メタン（図１に示す）、エタン、プロパン、
ブタン、エチレン、プロピレン等のガスまたはこれらの
混合ガスが用いられるが、メタンを主成分とする天然ガ
ス等が望ましい。
【００２１】図３に、本燃料改質システムのメタンの部
分酸化改質反応における熱およびエネルギーの流れを模
式図で示す。
分酸化改質反応における熱およびエネルギーの流れを模
式図で示す。
【００２２】メタンの部分酸化反応は以下の通りであ
る。
る。
【００２３】ＣＨ４ ＋ １/２Ｏ２ ⇔ ＣＯ ＋ ２Ｈ２ この反応の触媒による化学反応は発熱反応であるが、固
体酸化物形燃料電池２において電気化学的に反応を行わ
せた場合には、外部に仕事を取り出すため、ギブスの自
由エネルギー変化により、吸熱反応となる。そこで本燃
料改質システムでは、図３に示すように、燃料改質器１
における燃料の化学的な部分酸化反応（発熱）により生
じる熱を固体酸化物形燃料電池２における燃料の電気化
学的な部分酸化反応（吸熱）に利用する。
体酸化物形燃料電池２において電気化学的に反応を行わ
せた場合には、外部に仕事を取り出すため、ギブスの自
由エネルギー変化により、吸熱反応となる。そこで本燃
料改質システムでは、図３に示すように、燃料改質器１
における燃料の化学的な部分酸化反応（発熱）により生
じる熱を固体酸化物形燃料電池２における燃料の電気化
学的な部分酸化反応（吸熱）に利用する。
【００２４】図４は、上記のメタンの部分酸化反応によ
り生じる熱あるいは吸収される熱を、化学的反応と電気
化学的反応とに分けて示している。この図において、縦
軸は、化学的反応の場合にはエンタルピーの減少分（−
ΔＨ）を表し、電気化学的反応の場合にはエントロピー
の増加分（ΔＳ）に対応する吸熱（ＴΔＳ、ここに、Ｔ
は絶対温度である）を表している。
り生じる熱あるいは吸収される熱を、化学的反応と電気
化学的反応とに分けて示している。この図において、縦
軸は、化学的反応の場合にはエンタルピーの減少分（−
ΔＨ）を表し、電気化学的反応の場合にはエントロピー
の増加分（ΔＳ）に対応する吸熱（ＴΔＳ、ここに、Ｔ
は絶対温度である）を表している。
【００２５】化学的部分酸化反応の場合には、反応系
は、エンタルピーの減少分（−ΔＨ）だけ発熱し、外部
に仕事をしない。電気化学的部分酸化反応の場合には、
反応系は、最大（すなわち可逆過程の場合）ギブスの自
由エネルギーの減少分（−ΔＨ＋ＴΔＳ）だけ外部に仕
事をし、エントロピーの増加分（ΔＳ）に対応する熱量
（ＴΔＳ）を吸熱する。
は、エンタルピーの減少分（−ΔＨ）だけ発熱し、外部
に仕事をしない。電気化学的部分酸化反応の場合には、
反応系は、最大（すなわち可逆過程の場合）ギブスの自
由エネルギーの減少分（−ΔＨ＋ＴΔＳ）だけ外部に仕
事をし、エントロピーの増加分（ΔＳ）に対応する熱量
（ＴΔＳ）を吸熱する。
【００２６】各反応により生じる熱量は、外部温度によ
り変化する。ここで電気化学的な部分酸化反応を行う固
体酸化物形燃料電池２の作動温度は６００〜９００℃で
あり、このとき化学的ならびに電気化学的部分酸化反応
により起こる熱量の出入りは、前者の場合に、エンタル
ピーの減少分（−ΔＨ）の発熱であって、図４から、２
３.５〜２２.６ｋＪ/ｍｏ１の発熱であり、後者の場合
に、エントロピーの増加分（ΔＳ）に対応する熱量（Ｔ
ΔＳ）の吸熱であって、図４から、１７１.３〜２３１.
２ｋＪ/ｍｏ１の吸熱となる。そこで両者の熱収支を考
慮し、触媒を充填した燃料改質器１と固体酸化物形燃料
電池２の配置の割合は両者の反応面積比、すなわち、燃
料改質器１において燃料ガスが接触する触媒粒の表面積
と固体酸化物形燃料電池２の燃料電極の面積との比が８
〜１１：１となるように配置する。これにより内部の燃
料電池による改質反応に見合うだけの熱が外部の燃料改
質器から供給され、システムとして熱自立が図られる。
り変化する。ここで電気化学的な部分酸化反応を行う固
体酸化物形燃料電池２の作動温度は６００〜９００℃で
あり、このとき化学的ならびに電気化学的部分酸化反応
により起こる熱量の出入りは、前者の場合に、エンタル
ピーの減少分（−ΔＨ）の発熱であって、図４から、２
３.５〜２２.６ｋＪ/ｍｏ１の発熱であり、後者の場合
に、エントロピーの増加分（ΔＳ）に対応する熱量（Ｔ
ΔＳ）の吸熱であって、図４から、１７１.３〜２３１.
２ｋＪ/ｍｏ１の吸熱となる。そこで両者の熱収支を考
慮し、触媒を充填した燃料改質器１と固体酸化物形燃料
電池２の配置の割合は両者の反応面積比、すなわち、燃
料改質器１において燃料ガスが接触する触媒粒の表面積
と固体酸化物形燃料電池２の燃料電極の面積との比が８
〜１１：１となるように配置する。これにより内部の燃
料電池による改質反応に見合うだけの熱が外部の燃料改
質器から供給され、システムとして熱自立が図られる。
【００２７】（実施の形態例２）本発明に係る燃料改質
システムと、それが生成するＨ２、ＣＯをそのまま燃料
として使用可能な燃料電池とを組み合わせて、本発明に
係る燃料電池システムを構成することができる。
システムと、それが生成するＨ２、ＣＯをそのまま燃料
として使用可能な燃料電池とを組み合わせて、本発明に
係る燃料電池システムを構成することができる。
【００２８】図５に、本発明に係る燃料電池システムの
構成例を示す。図において、４は本発明に係る燃料改質
システムであり、５は、燃料改質システム４が生成する
ガスを燃料として発電する燃料電池であり、６は排熱回
収機である。この場合の燃料電池５は溶融炭酸塩型燃料
電池または低温作動型の固体酸化物形燃料電池である。
ここで、上記の溶融炭酸塩型燃料電池の作動温度は６０
０〜７００℃であり、上記の低温作動型の固体酸化物形
燃料電池の作動温度は６００〜９００℃である。このよ
うな構成においては、燃料改質システム４が、熱自立し
ているため、外部からの熱の供給を必要とせず、燃料電
池５の排熱はすべて排熱回収機６を経由して外部のガス
タービン、熱電変換装置、空調などに使用することがで
きる。
構成例を示す。図において、４は本発明に係る燃料改質
システムであり、５は、燃料改質システム４が生成する
ガスを燃料として発電する燃料電池であり、６は排熱回
収機である。この場合の燃料電池５は溶融炭酸塩型燃料
電池または低温作動型の固体酸化物形燃料電池である。
ここで、上記の溶融炭酸塩型燃料電池の作動温度は６０
０〜７００℃であり、上記の低温作動型の固体酸化物形
燃料電池の作動温度は６００〜９００℃である。このよ
うな構成においては、燃料改質システム４が、熱自立し
ているため、外部からの熱の供給を必要とせず、燃料電
池５の排熱はすべて排熱回収機６を経由して外部のガス
タービン、熱電変換装置、空調などに使用することがで
きる。
【００２９】（実施の形態例３）図６に、本発明に係る
燃料電池システムの別の構成例を示す。図において、４
は本発明に係る燃料改質システムであり、７は燃料改質
システム４が生成するガスを燃料として発電する高温作
動型固体酸化物形燃料電池であり、６は排熱回収機であ
る。高温作動型固体酸化物形燃料電池７の作動温度は９
００〜１０００℃と高温であり、さらに下記の発電反応
により熱が発生する。
燃料電池システムの別の構成例を示す。図において、４
は本発明に係る燃料改質システムであり、７は燃料改質
システム４が生成するガスを燃料として発電する高温作
動型固体酸化物形燃料電池であり、６は排熱回収機であ
る。高温作動型固体酸化物形燃料電池７の作動温度は９
００〜１０００℃と高温であり、さらに下記の発電反応
により熱が発生する。
【００３０】 ＣＯ ＋ ２Ｈ２ ＋ ３/２Ｏ２ ⇔ ＣＯ２ ＋ ２Ｈ２Ｏ この反応は発熱反応であり、発生した熱は高温の排ガス
として外部へ排出される。ここで、燃料改質システム４
を熱電変換装置とみなし、高温作動型の燃料電池７より
排出される熱の一部を燃料改質システム４の電気化学的
な部分酸化反応に利用することができる。これにより燃
料改質システム４での改質反応における固体酸化物形燃
料電池（図１における２）の電気化学的な部分酸化反応
（発電）の割合を大きくすることができるため、システ
ム全体の出力密度の向上が図られる。
として外部へ排出される。ここで、燃料改質システム４
を熱電変換装置とみなし、高温作動型の燃料電池７より
排出される熱の一部を燃料改質システム４の電気化学的
な部分酸化反応に利用することができる。これにより燃
料改質システム４での改質反応における固体酸化物形燃
料電池（図１における２）の電気化学的な部分酸化反応
（発電）の割合を大きくすることができるため、システ
ム全体の出力密度の向上が図られる。
【００３１】以上に説明したように、本発明に係る燃料
改質システムおよびそれを用いた燃料電池システムによ
れば、炭化水素系燃料の改質反応自体により発電を行う
ため、従来の燃料改質器やプレリフォーマを用いる発電
システムに比べて燃料利用率ならびに発電効率が高いシ
ステムの構築が可能となる。また本発明に係る燃料改質
システムは、改質反応における化学的部分酸化反応と電
気化学的部分酸化反応との割合を制御することにより、
システム内での熱自立が可能となるため、システム外部
に加熱装置を設ける必要がなく、周辺装置構成を簡素化
できる。また、接続する燃料電池から生じる排熱を有効
利用できるため、発電システム全体のエネルギー損失が
減少し、熱利用効率が向上する。
改質システムおよびそれを用いた燃料電池システムによ
れば、炭化水素系燃料の改質反応自体により発電を行う
ため、従来の燃料改質器やプレリフォーマを用いる発電
システムに比べて燃料利用率ならびに発電効率が高いシ
ステムの構築が可能となる。また本発明に係る燃料改質
システムは、改質反応における化学的部分酸化反応と電
気化学的部分酸化反応との割合を制御することにより、
システム内での熱自立が可能となるため、システム外部
に加熱装置を設ける必要がなく、周辺装置構成を簡素化
できる。また、接続する燃料電池から生じる排熱を有効
利用できるため、発電システム全体のエネルギー損失が
減少し、熱利用効率が向上する。
【００３２】
【発明の効果】本発明の実施により、燃料改質反応自身
により生じる熱の有効利用が可能であり、構成が簡単で
小型・高効率な燃料改質システムおよびそれを用いた燃
料電池システムを提供することが可能となる。
により生じる熱の有効利用が可能であり、構成が簡単で
小型・高効率な燃料改質システムおよびそれを用いた燃
料電池システムを提供することが可能となる。
【図１】本発明に係る燃料改質システムを示す構成説明
図である。
図である。
【図２】本発明に係る燃料改質システム構成部の配置例
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図３】本発明に係る燃料改質システムにおける熱およ
びエネルギーの流れの説明図である。
びエネルギーの流れの説明図である。
【図４】メタンの部分酸化反応における熱量変化を示す
図である。
図である。
【図５】本発明に係る燃料電池システムの構成例を示す
説明図である。
説明図である。
【図６】本発明に係る燃料電池システムの別の構成例を
示す説明図である。
示す説明図である。
１…燃料改質器、２…固体酸化物形燃料電池、３…改質
触媒、４…燃料改質システム、５…燃料電池、６…排熱
回収機、７…高温作動型固体酸化物形燃料電池。
触媒、４…燃料改質システム、５…燃料電池、６…排熱
回収機、７…高温作動型固体酸化物形燃料電池。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷内 利明 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 渡部 仁貴 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 野沢 和彦 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 杉田 敏 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 田畑 嘉隆 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 横尾 雅之 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 4G040 EA03 EA07 EB14 EB42 EB44 EC02 EC03 5H026 AA05 AA06 5H027 AA05 AA06 BA01 CC02 DD00 DD01
Claims (2)
- 【請求項１】炭化水素系燃料の部分酸化反応に活性な触
媒を充填した燃料改質器と、前記燃料の部分酸化反応に
より発電を行う固体酸化物形燃料電池とを構成要素とす
る燃料改質システムであって、前記燃料改質器から前記
固体酸化物形燃料電池に到る伝熱路を有することを特徴
とする燃料改質システム。 - 【請求項２】請求項１に記載の燃料改質システムと、前
記燃料改質システムが発生する反応生成ガスを燃料とし
て発電する燃料電池とを構成要素とする燃料電池システ
ム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001173519A JP2002367644A (ja) | 2001-06-08 | 2001-06-08 | 燃料改質システムおよびそれを用いた燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001173519A JP2002367644A (ja) | 2001-06-08 | 2001-06-08 | 燃料改質システムおよびそれを用いた燃料電池システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002367644A true JP2002367644A (ja) | 2002-12-20 |
Family
ID=19014962
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001173519A Pending JP2002367644A (ja) | 2001-06-08 | 2001-06-08 | 燃料改質システムおよびそれを用いた燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002367644A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005071717A (ja) * | 2003-08-21 | 2005-03-17 | Japan Science & Technology Agency | 固体酸化物型燃料電池及び固体酸化物型燃料電池の運転方法 |
| JP2007534114A (ja) * | 2003-11-17 | 2007-11-22 | フォード モーター カンパニー | 含酸素燃料を使用する低温固体電解質型燃料電池の直接操作 |
-
2001
- 2001-06-08 JP JP2001173519A patent/JP2002367644A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005071717A (ja) * | 2003-08-21 | 2005-03-17 | Japan Science & Technology Agency | 固体酸化物型燃料電池及び固体酸化物型燃料電池の運転方法 |
| JP4504642B2 (ja) * | 2003-08-21 | 2010-07-14 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 固体酸化物型燃料電池及び固体酸化物型燃料電池の運転方法 |
| JP2007534114A (ja) * | 2003-11-17 | 2007-11-22 | フォード モーター カンパニー | 含酸素燃料を使用する低温固体電解質型燃料電池の直接操作 |
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